Bu, atmosferde su buharının tespit edildiği en küçük ötegezegen olan GJ 9827d ötegezegenin bir sanatçı tarafından çizilmiş konseptidir. Gezegen, galaksimizin başka yerlerinde su açısından zengin atmosfere sahip potansiyel gezegenlerin bir örneği olabilir. Çapı Dünya’nın yalnızca iki katı olan gezegen, kırmızı cüce yıldız GJ 9827’nin yörüngesinde dönüyor. Sistemde iki iç gezegen solda yer alıyor. Arka plandaki yıldızlar, Güneşimize doğru bakan çıplak gözle görülebilecekleri şekilde çizilmiştir. Güneş görülemeyecek kadar sönük. Sağ üstteki mavi yıldız Regulus’tur; orta alttaki sarı yıldız Denebola’dır; ve sağ alttaki mavi yıldız Spica’dır. Aslan takımyıldızı solda ve Başak sağda. Her iki takımyıldızı da 97 ışıkyılı uzaklıktan Dünya’ya bağlı görüşümüze göre bozuktur. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI), Ralf Crawford (STScI)
Kendi güneş sistemimizin ötesinde kozmosta bulunan tüm gezegenlere bilimkurguda verilen isim olan “dış gezegenler” çalışması oldukça yeni bir alandır. Daha çok, dış gezegen Kansas Üniversitesi’ndeki ExoLab’dakiler gibi araştırmacılar, uzaydaki teleskoplardan gelen verileri kullanıyor. Hubble uzay teleskobu ve Webb Uzay Teleskobu. Haber manşetleri ne zaman insanlığı destekleme potansiyeline sahip “Dünya benzeri” gezegenler veya gezegenlerle ilgili bulgular sunsa, bizim içimizdeki dış gezegenlerden bahsediyorlar Samanyolu.
Kansas Üniversitesi ExoLab’da doktora adayı olan Jonathan Brande, bulgularını yakın zamanda açık erişimli bilimsel dergide yayınladı. Astrofizik Günlük Mektupları 15 dış gezegen kümesindeki yeni atmosferik ayrıntıları gösteriyor Neptün. Hiçbiri insanlığı destekleyemese de, onların davranışlarını daha iyi anlamak, neden küçük bir Neptün’e sahip olmadığımızı anlamamıza yardımcı olabilir; oysa çoğu güneş sistemi bu sınıftan bir gezegene sahip gibi görünüyor.
Brande, “KU’da son birkaç yıldır odak noktam, transmisyon spektroskopisi olarak bilinen bir teknikle ötegezegenlerin atmosferlerini incelemekti” dedi. “Bir gezegen geçiş yaptığında, yani bizim görüş alanımız ile yörüngesinde döndüğü yıldız arasında hareket ettiğinde, yıldızdan gelen ışık gezegenin atmosferinden geçerek mevcut çeşitli gazlar tarafından emilir. Yıldızın bir spektrumunu yakalayarak – ışığı prizmadan geçirmeye benzer şekilde spektrograf adı verilen bir aletten geçirerek – farklı kurucu renklerin parlaklığını ölçen bir gökkuşağını gözlemliyoruz. Spektrumun çeşitli parlaklık veya loşluk alanları, gezegenin atmosferindeki ışığı emen gazları ortaya çıkarıyor.”
Ötegezegen Atmosferlerini Anlamak
Bu metodolojiyle Brande, birkaç yıl önce “sıcak Neptün” ötegezegeni TOI-674 b ile ilgili bir makale yayınladı; burada atmosferinde su buharının varlığına işaret eden gözlemler sundu. Bu gözlemler, Brande’nin danışmanı, KU’da fizik ve astronomi doçentliği yapan Ian Crossfield tarafından yönetilen, Neptün büyüklüğündeki ötegezegenlerin atmosferlerini gözlemlemek için yürütülen daha geniş bir programın parçasıydı.
Brande, “Dünya’dan biraz daha büyük ve Neptün’den daha küçük olanların galakside en yaygın olanları olduğu göz önüne alındığında, bu gezegenlerin davranışlarını anlamak istiyoruz” dedi.
Bu yeni ApJL makalesi, bazı gezegenlerin neden bulutlu, diğerlerinin ise açık göründüğünü ele almak için ek gözlemlerden elde edilen verileri birleştirerek bu programdaki gözlemleri özetlemektedir.
Brande, “Amaç, bu gezegenlerin farklı görünümlerinin ardındaki fiziksel açıklamaları araştırmak” dedi.
Brande ve ortak yazarları, ötegezegenlerin atmosferlerinin üst kısımlarında bulutlar veya sisler oluşturma eğiliminde olduğu bölgelere özellikle dikkat çekti. KU araştırmacısı, bu tür atmosferik aerosoller mevcut olduğunda, buğuların atmosferden süzülen ışığı engelleyebileceğini söyledi.
Brande, “Bir gezegenin yüzeyinin hemen üzerinde, üzerinde yüzlerce kilometre temiz hava bulunan bir bulut varsa, yıldız ışığı temiz havadan kolayca geçebilir ve yalnızca atmosferin o kısmındaki belirli gazlar tarafından emilebilir” dedi. “Ancak bulut çok yükseğe yerleştirilmişse, bulutlar genellikle elektromanyetik spektrumda opaktır. Hubble ile nispeten dar bir aralığa odaklandığımız çalışmamızda pusların spektral özellikleri olsa da çoğunlukla düz spektrumlar da üretiyorlar.”
Brande’a göre, bu aerosoller atmosferin yüksek kısımlarında mevcut olduğunda, ışığın filtrelenmesi için açık bir yol bulunmuyor.
“Hubble’da en hassas olduğumuz gaz su buharıdır” dedi. “Bir gezegenin atmosferinde su buharını gözlemlersek, bu onun emilmesini engelleyecek kadar yüksekte bulut bulunmadığının iyi bir göstergesidir. Tersine, eğer su buharı gözlemlenmiyorsa ve yalnızca düz bir spektrum görülüyorsa, gezegenin geniş bir atmosfere sahip olması gerektiği bilinmesine rağmen, bu, daha yüksek irtifalarda muhtemelen bulutların veya sislerin varlığına işaret ediyor.”
Brande, aralarında KU’daki Crossfield ve Heidelberg, Almanya’daki Max Planck Enstitüsü’nden işbirlikçilerinin, Laura Kreidberg liderliğindeki bir grubun ve Caroline liderliğindeki Austin Texas Üniversitesi’ndeki araştırmacıların da bulunduğu uluslararası bir gökbilimciler ekibinin makale üzerinde yaptığı çalışmalara liderlik etti. Morley.
Brande ve ortak yazarları, küçük Neptün atmosferlerinin fiziksel parametrelerini belirlemeye odaklanarak analizlerine önceki çalışmalarından farklı bir şekilde yaklaştılar. Buna karşılık, önceki analizler genellikle gözlemlere tek bir model spektrumunun uydurulmasını içeriyordu.
Brande, “Genellikle araştırmacılar, önceden hesaplanmış su içeriğine sahip atmosferik bir modeli alıp, bunu örneklerinde gözlemlenen gezegenlere uyacak şekilde ölçeklendirip kaydırır” dedi. “Bu yaklaşım, spektrumun açık mı yoksa bulutlu mu olduğunu gösteriyor ancak su buharı miktarı veya atmosferdeki bulutların konumu hakkında hiçbir bilgi vermiyor.”
Brande bunun yerine “atmosferik erişim” olarak bilinen bir teknik kullandı.
“Bu, atmosferin su buharı miktarı ve bulut konumu gibi çeşitli gezegen parametrelerine göre modellenmesini, en uygun konfigürasyonu bulmak için yüzlerce ve binlerce simülasyonun yinelenmesini içeriyordu” dedi. “Geri almalarımız bize her gezegen için en uygun model spektrumunu verdi; buradan gezegenin ne kadar bulutlu veya açık göründüğünü hesapladık. Daha sonra ölçülen bu netlikleri Caroline Morley’in ayrı bir model grubuyla karşılaştırdık; bu da sonuçlarımızın benzer gezegenlere yönelik beklentilerle uyumlu olduğunu görmemizi sağladı. Bulut ve pus davranışını incelerken modellerimiz bulutların puslardan daha uygun olduğunu gösterdi. Bulut yoğunluğunu yansıtan sedimantasyon verimliliği parametresi, gözlemlenen gezegenlerin nispeten düşük sedimantasyon verimliliğine sahip olduğunu ve bunun da kabarık bulutlara neden olduğunu ileri sürdü. Su damlacıkları gibi parçacıklardan oluşan bu bulutlar, düşük yerleşme eğilimleri nedeniyle atmosferde yüksekte kalıyordu.”
Brande’nin bulguları, bu gezegensel atmosferlerin davranışlarına dair içgörüler sağlıyor ve bunları Amerikan Astronomi Topluluğu’nun yakın zamanda yapılan bir toplantısında sunduğunda “önemli bir ilgiye” neden oldu.
Diğer bulgular
Üstelik Brande, Crossfield liderliğindeki, yakın zamanda GJ 9827d kadar sıcak bir gezegen olan GJ 9827d’de su buharı bulgularını açıklayan uluslararası bir gözlem programının parçası. Venüs Balık takımyıldızında, Dünya’dan 97 ışıkyılı uzaklıkta.
Hubble Uzay Teleskobu ile yapılan gözlemler, gezegenin Samanyolu’ndaki su zengini gezegenlerden sadece bir tanesi olabileceğini gösteriyor. Bunlar, Montréal Üniversitesi’ndeki Trottier Ötegezegen Araştırma Enstitüsü’nden Pierre-Alexis Roy liderliğindeki bir ekip tarafından açıklandı.
Brande, “Neptün altı tipi gezegenlerin atmosferlerinde su buharı arıyorduk” dedi. “Pierre-Alexis’in makalesi bu ana çabanın en sonuncusu çünkü su buharı tespitini gerçekleştirmek için gezegenin yaklaşık 10 veya 11 yörüngesi veya geçişini gerektirdi. Pierre-Alexis’in spektrumu, trend veri noktalarımızdan biri olarak makalemize dahil edildi ve onların teklifindeki tüm gezegenleri ve literatürde incelenen diğer gezegenleri dahil ederek sonuçlarımızı daha güçlü hale getirdik. Güncellenmiş sonuçları doğru şekilde kullandığımızdan ve bulgularını doğru bir şekilde yansıttığımızdan emin olmak için her iki makalenin hazırlanması sürecinde de onlarla yakın iletişim halindeydik.”
Referans: Jonathan Brande, Ian JM Crossfield, Laura Kreidberg, Caroline V. Morley, Travis Barman, Björn Benneke, Jessie L. Christiansen, Diana Dragomir, Jonathan J. Fortney, Thomas P. Greene, Kevin K. Hardegree-Ullman, Andrew W. Howard, Heather A. Knutson, Joshua D. Lothringer ve Thomas Mikal-Evans, 18 Ocak 2024, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1b5c